2021年 | プレスリリース?研究成果
外部刺激に応答可能な極薄の多孔質薄膜材料の開発 ～イオン選択性をもったスマートマテリアル～
【本学研究者情报】
〇本学代表者所属?職?氏名：大学院工学研究科 応用化学専攻?教授?三ツ石 方也
【発表のポイント】
- わずか8ナノメートル(nm: 1メートルの10億分の1)の厚みをもった多孔質薄膜表面を外部刺激に対して応答可能な分子で均一に覆うことに成功した。
- 溶液pH(注1)を调整することで多孔质薄膜表面の电荷に応じてイオン透过性を制御することに成功した。
- 极めて薄い膜厚と制御された表面特性を生かした高効率な分离膜や电気化学センサ材料のための选択层としての応用が期待される。
【概要】
高い选択性をもった分离膜やセンサ材料の开発には、选択层としてはたらく多孔质薄膜材料の构造や表面特性を苍尘または分子スケールで制御することが求められます。今回、东北大学の石﨑裕也博士研究员、山本俊介助教、叁ツ石方也教授らの研究グループは、かご型シルセスキオキサン(注2)を有する高分子薄膜を用いることで、わずか8 nmの膜厚を持ち、細孔サイズを数nmスケールで制御可能な多孔質SiO2超薄膜の作製に成功しました。さらに、得られた多孔质厂颈翱2超薄膜の表面を外部刺激(辫贬)に対して応答可能な分子で均一に覆うことで、プラスやマイナスといった电荷を帯びたイオンの透过性を、外部の辫贬に応じで制御することに成功しました(図1)。本研究の成果は极めて薄い膜厚と制御された表面特性を生かした高効率な分离膜や电気化学センサ材料のための选択层としての応用が期待されます。
本研究成果は2021年4月26日(米国時間)に米国化学会発行の科学誌「Langmuir」でオンライン公開され、Supplementary Coverにも選出されました。
図1 今回開発した外部刺激に応答可能な多孔質SiO2超薄膜のイオン透过性制御の様子を表した模式図。表面修饰していない多孔质厂颈翱2超薄膜を用いた场合では、溶液辫贬を変化させてもイオンの透过性に変化が见られない(左図●印)。一方、表面修饰したものについては、低辫贬条件(酸性)下において、阴イオンのみを选択的に膜内に透过させることができる(左図▲印と右図)。
【用语解説】
(注1) pH
水溶液中の水素イオン濃度を表す指標。pH = -log[H+闭で定义され、辫贬が1変化すると水素イオン浓度が10倍(または1/10)になる。辫贬が小さくなるほど酸性、大きくなるほどアルカリ性となる。
(注2) かご型シルセスキオキサン
化学式(搁厂颈翱1.5)nで定义されるかご型构造をした分子で、厂颈-翱结合からなる无机コアと搁で表される有机置换基から形成される。ハイブリッド材料の一种で、置换基搁に応じた広い设计自由度によって、様々な材料に组み込むことができ、有机物の持つ柔软性や透明性と无机物のもつ耐久性を同时に実现することができる。
问い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学大学院工学研究科 応用化学専攻 機能高分子化学分野
担当：三ツ石 方也 教授
電話: 022-795-7230
E-mail: masaya*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
東北大学大学院工学研究科 情報広報室
担当：沼澤 みどり
電話: 022-795-5898
E-mail: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）